超超临界锅炉“四管”防磨防爆

超超临界锅炉

“四管”防磨、防爆吴宏亮

主要内容锅炉四管与新型材料的发展“四管”防磨、防爆的重要性爆管的原因及分析、措施投产前“四管”工作重点投产后“四管”工作重点

超超临界机组必须采用热强度高、抗高温烟气氧化腐蚀和高温汽水介质腐蚀、可焊性和工艺性良好的材料，而且材料价格也是必须考虑的关键问题。

火电机组用钢主要有两大类：奥氏体钢和铁素体钢（包括珠光体、贝氏体和马氏体及其两相钢）。奥氏体钢比铁素体钢具有高的热强性，但膨胀系数大，导热性能差，抗应力腐蚀能力低，工艺性差，热疲劳和低周疲劳（特别是厚壁件）也不及铁素体钢，且成本高得多。

锅炉四管与新型材料的发展

目前，超临界和超超临界机组根据采用的蒸汽温度的不同，主要采用了以下三类合金钢：（1）低铬耐热钢。包括1.25％Cr-0.5%Mo(SA213T11)、2.25Cr-1Mo(SA213T22/P22)、1Cr-Mo-V(12Cr1MoV)以及

9％-12％Cr系的Cr-Mo与Cr-Mo-V钢等，其允许主汽温为538-566℃。

（2）改良型9％-12％铁素体－马氏体钢。包括9Cr-1Mo（SA335，T91/P91）、NF616、HCM12A、TB9、TB12等，一般用于566-593℃的蒸汽温度范围。其允许主汽温为610℃，30MPa再热汽温625℃；使用壁温：锅炉625-650℃，汽机600-620℃。（3）新型奥氏体耐热钢。包括：18Cr-8Ni系，如SA213TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304H、TempaloyA-1

（18Cr-8Ni-Nb-Ti）等；20-25Cr系，如HR3C、NF709、TempaloyA-3（22Cr-15Ni-Nb-N）等。这些材料的使用壁温达650-750℃，可用于汽温高达600℃的过热器与再热器管束，具有足够的蠕变断裂强度和很好的抗高温腐蚀性能。

正是由于上述低铬耐热钢和改良型9％-12％Cr铁素体型钢的研制及使用成功，促进和保证了超超临界机组的发展，并降低了超超临界机组的造价，在经济上具备竞争力。目前，这些新型钢已在欧洲和日本的电厂推广应用，主蒸汽温度最高达610℃。国外的成功运行经验为我国设计制造超超临界发电机组打下良好基础，但材料的若干技术问题还须进一步研究：在所选蒸汽参数下，锅炉、汽轮机各部件所选用材料、壁厚、用材量、造价分析，运行性能及技术经济分析；还应验证新材料的持久强度、蠕变强度、断裂韧性、低周疲劳特性、设计应用安全系数，热应力寿命损耗特性、工艺性等。省煤器进口温度297℃省煤器出口温度338℃顶棚入口温度415℃低过进口温度427℃低过出口温度457℃屏过进口温度449℃屏过出口温度544℃高过进口温度528℃高过出口温度605℃低再进口温度362℃低再出口温度493℃高再出口温度602℃新昌电厂受热面设计温度水冷壁338-4151内螺纹Φ38.1×7.5SA-213T22管子Φ38.1×715CrMoG3管子Φ31.8×915CrMoG4管子Φ31.8×8.515CrMoG5管子Φ70×2212Cr1MoVG顶棚4151管子Φ63.5×1015CrMoG2管子Φ57×915CrMoG包墙1管子Φ31.8×915CrMoG2管子Φ34×815CrMoG3管子Φ38.1×915CrMoG4管子Φ45×12.515CrMoG后竖井吊挂管4271管子Φ54×1412Cr1MoVG2管子Φ57×13.512Cr1MoVG3管子Φ63.5×12.512Cr1MoVG4管子Φ70×13.512Cr1MoVG5管子Φ57×1015CrMoG6管子Φ63.5×1315CrMoG7管子Φ54×9.515CrMoG8管子Φ57×10.515CrMoG低过427-4571管子Φ45×6.512Cr1MoVG2管子Φ45×712Cr1MoVG3管子Φ45×7.512Cr1MoVG4管接头Φ45×6.512Cr1MoVG5管接头Φ45×7.512Cr1MoVG屏

过457-5441Φ45×6SA-213T232Φ50.8×7.0SA-213T233Φ45×9.8SA-213T924Φ50.8×11.0SA-213T925Φ45×8.1DMV310N6Φ45×9.2SA-213TP347HFG7Φ45×10.2DMV310N8Φ45×9.2DMV304HCu9Φ50.8×9.1DMV310N10Φ50.8×11.4DMV310N高

过528-6051Φ45×6.5SA-213T912Φ50.8×7.5SA-213T913Φ45×11SA-213T924Φ50.8×12.5SA-213T925Φ45×6.7DMV310N6Φ45×8.2SA-213TP347HFG7Φ45×9.8DMV310N8Φ45×8.9DMV304HCu9Φ50.8×7.5DMV310N10Φ50.8×11.1DMV310N低再362-4931管子Φ57×4.5SA-210C2管子Φ57×4.515CrMoG3管子Φ50.8×4.512Cr1MoVG4管子Φ50.8×4.5SA-213T235管子Φ50.8×4.5SA-213T236管接头Φ57×4.5SA-210C7管接头Φ50.8×4.5SA-213T23高

再493-6031Φ50.8×3.5SA213T232Φ50.8×4.5SA213T923Φ50.8×4.5DMV304HCu4Φ50.8×3.5DMV310N5Φ50.8×3.5SA-213TP347HFG6Φ50.8×3.5DMV304HCu新昌电厂锅炉”四管”材质省煤器297-3381管子Φ51×8SA-210C2管接头Φ51×8SA-210C省煤器布置位置：

后竖井前后烟道内低温过热器后布置特点：光管顺列布置，逆流换热省煤器参数名称单位数值设计压力（B-MCR）MPa(g)32.05工作压力（B-MCR）MPa(g)29.75设计进口温度（B-MCR）℃297设计出口温度（B-MCR）℃340受热面积m215386省煤器压降（B-MCR）MPa0.02进口烟气流速（B-MCR）m/s12出口烟气流速（B-MCR）m/s10省煤器管排列方式光管、顺列布置省煤器管外径mm51省煤器管内径mm37省煤器管节距mm114.3省煤器管材质SA-210C省煤器管并联管数4×192省煤器管的防磨设施防磨盖板省煤器总水容积m3123省煤器总压降MPa0.1水冷壁布置位置：锅炉炉膛区域水平烟道区域布置特点：炉膛下部：螺旋管圈内螺纹管

炉膛上部：垂直水冷壁管中间混合集箱炉膛冷灰斗的倾角55°水冷壁炉膛下部螺旋水冷壁

温度338-415管径×壁厚/倾角Φ38.1×7（Φ38.1×7.5）/19.471材质15CrMoG/SA-213T2炉膛上部垂直水冷壁垂直水冷壁前、侧墙管规格管子Φ31.8×9 15CrMoG后墙水平烟道以下管规格管子Φ31.8×8.5 15CrMoG后墙水平烟道底部管规格管子Φ31.8×8.5 15CrMoG凝渣管规格管子Φ70×22 12Cr1MoVG水平烟道侧墙前管规格管子Φ31.8×8.5 15CrMoG水冷壁出口混合集箱Φ584.2×100 12Cr1MoVG布置位置：顶棚：炉膛与尾部烟道区域上方包墙：尾部烟道四周

中隔墙：前后烟道中间隔断

悬吊管：前后烟道低过：后烟道

屏过：锅炉炉膛上方高过：折焰角上方布置特点：

按不同温度与压力，在不同区域采用不同材质管段★不同厂家牌号：HR3C、DMV310N、Cr25Ni20NbN、SA-213TP310HCbNSuper304H、DMV304HCu屏过高过低过过热器低温过热器427-457设计压力Pa(g)28.6片数192管径mm45壁厚mm7.8/7.5材质12Cr1MoVG/15CrMoG屏式过热器457-544片数片15管径mm51/45壁厚mm11.5/9.110.2/9.2/8.0/7.3屏式过热器材质HR3C/SUPER304H高温过热器544-605片数片35末级过热器管径mm51/45末级过热器壁厚mm11/7.79.8/8.8/6.8/6.5末级过热器材质HR3C/SUPER304H布置位置：低再：前烟道高再：水平烟道上方布置特点：

按不同温度与压力，在不同区域采用不同材质管段再热器高再低再低温再热器管径mm51/57壁厚mm4.5器材质12Cr1MoVG/15CrMoG/SA高温再热器管径mm51壁厚mm4材质HR(外三圈)/SUPER304H新昌电厂“四管”历次泄漏记录序时间炉号泄漏原因部位材质规格数量焊口备注12009年12月15日#1炉异物堵塞后超温低过悬吊管12Cr1MoVΦ57×13.53段6低温过热器悬吊管上部换至后包墙下集箱22010年3月18日#1炉安装焊缝咬边冷灰斗水冷壁15CrMoGΦ38.1×7.523根46右侧后墙水冷壁冷灰斗下部、左侧墙标高25米处32010年5月28日#1炉制造缺陷高再进口集箱管座T23Φ50.8×3.59601920SA213T23更换为12Cr1MoVG，增加壁厚为4.542010年4月14日#2炉安装焊缝咬边冷灰斗水冷壁15CrMoGΦ38.1×7.54根8冷灰斗前墙左侧咬边裂缝、后墙灰斗起弯处52010年4月20日#2炉制造缺陷高再进口集箱管座T23Φ50.8×3.59601920SA213T23更换为12Cr1MoVG，增加壁厚为4.562010年6月13日#2炉吹灰器吹损高再管屏爆管TP347H、SUPER304H、DMV310NΦ50.8×4.5200240高再管屏更换4屏每圈5根每屏10圈共200根“四管”防磨、防爆的重要性

锅炉防磨防爆是保证机组安全、稳定、经济运行的重要基础工作，70%的机组非停原因是由于锅炉“四管”泄漏四管爆漏造成。为了防止锅炉水冷壁、过执器、再热器和省煤器（简称四管）泄漏，减少锅炉非计划停运次数，提高锅炉运行的安全性和经济性，我们应坚持“预防为主”，摸索“四管”泄漏的特点和规律。分析查找“四管”泄漏的影响因素并且制定有效的防范措施和改造方案，使锅炉处于良好的运行状态，最大限度地减小“四管”泄漏次数。“四管”泄漏的主要原因之一超温管材在超过设计温度工况下运行，会加快管材蠕胀、球化速度，降低材料强度。一般经验为每超过设计使用温度10度工况下运行，管材寿命损耗速度增加一倍。新昌#1炉低过悬吊管影响受热面超温的几个因素（1）各燃烧器煤粉浓度、流速产生的烟温偏差前后墙对冲燃烧方式的锅炉，燃烧器的一次风流速偏差以及煤粉浓度、二次风开度的差异都会导致着火区域产生偏差，使沿炉膛宽度方向的炉膛出口烟温和烟速分布存在一定偏差。进而影响水平烟道的烟温分布，这些因素都使实际的受热面吸热产生了偏差。因此，烟气温度场和速度场的分布偏差是过热蒸汽器、再热蒸汽器管超温的重要原因。（2）“烟气走廊”及集箱系统的三通区域存在涡流

高温过热蒸汽器的爆管多发生于外圈下弯头的前弯向火侧，这是由于此处处于高烟温区，且下部不同程度地存在一定的烟气走廊，使底部通过的烟气量增大，造成底部的弯头处容易超温。

目前大容量锅炉再热蒸汽器集箱多是采用三通结构，并从径向引入、引出。由于进口三通附近的集箱存在涡流区，使该区域管屏中的流量减少，屏间热偏差增大，增加了超温爆管的可能性，切向燃烧锅炉燃烧侧热负荷较高的区域往往位于进口三通附近，若设计不当，加上这两种偏差叠加，就极易造成进口三通附近管屏超温爆管。

（3）同屏各管的吸热偏差

过热蒸汽器、再热蒸汽器同屏管间吸热偏差较大是造成超温的另一主要原因。同一屏中各根管子进出口汽温有很大的偏差，同屏各排管子受炉膛或屏前烟气辐射的角系数也不同，因而各排管子的吸热偏差大，特别是外管圈、最内管圈吸热量大，热偏差大，该部位最易超温爆管。

（4）壁温测点温度失真

由于表盘的受热面壁温运行监测点不能真实反映实际壁温状况，显示值低，使运行人员进行壁温调整失去依据而造成超温。这主要是由于测点位置的选择及安装方法不合适，使测点未装在最高壁温管上，且插入式的安装方法经常不能正确测出实际出口温度。

（5）燃烧调整不当，造成火焰中心上移或燃烧偏斜

运行中不能根据燃烧的需要及时调整各层燃烧器配风，使燃烧器工况恶化，火焰中心上移；煤粉燃烧行程加长，使炉膛出口烟温升高，加大超温的幅度；同层燃烧器各角一次风口风速不均匀，同层给粉机转速不均匀等造成燃烧偏斜，使炉膛出口烟道温度场和速度场分布不均，加大局部超温的可能。

（6）锅炉设备运行工况的改变

在起停磨煤机及锅炉负荷升降的过程中，运行工况的动态变化速度过快，这会使过热蒸汽器管壁温度上升，而经常在这种状态运行，必然导致超温效应的积累。在低负荷运行时，对后屏出口汽温控制不当，则会造成后屏过热蒸汽器超温。

（7）受热面表面清洁程度对超温的影响

受热面表面积灰、结渣、结垢等也会造成壁温升高。吹灰器长期不能投入，使炉膛受热面粘灰严重，促使炉膛出口烟气温度进一步升高，加剧过热蒸汽器超温。

（8）空气预热器、炉本体漏风也会加剧超温

运行中空气预热器漏风严重，可使燃烧器配风不足，造成燃烧偏斜，燃烧过程加长，加剧过热蒸汽器超温；炉底漏风、炉本体漏风严重，造成炉膛出口烟温、烟气量增加，加剧超温。

解决高温受热面超温问题的对策

（1）保持燃烧器健康水平，做好风量与热态风速的标定

a)及时消除燃烧器缺陷，做好燃烧器的合理化改造工作，及时清理焦块，杜绝因燃烧器本体所引起的风量、风速偏差。

b)做好一次风管的风量、风速标定工作，改善炉膛内空气动力场环境。

（2）注意减少三通区域内涡流的影响和同屏间的热偏差

a)掌握由集箱三通区域内涡流引起的屏间流量偏差和同屏热偏差的准确计算方法，设计上要避免使烟温偏差与三通区域内涡流两种偏差叠加在一片再热蒸汽器上。

b)在后屏及高温过热蒸汽器各管排入口管加装节流孔板，调整各管间的流量分配，使各管壁温偏差减小，缓解过热蒸汽器的超温；通过严密的计算，在再热蒸汽器管屏中的低温段考虑加装节流孔板，减少蒸汽流量，增加其它管屏流量，从而达到高温管屏降温的目的。作为辅助措施，可在高温段涂上保温材料。

（3）壁温测量尽量准确

壁温测点选择合适及在可能超温的地方加装必要的测点，将测点装在实际最高壁温的管子上，改进安装方法，使热电偶的接点能可靠地与管壁接触；尽量推广和应用锅炉“四管”泄漏的在线检测技术。

（4）做好运行调整工作

a)做好燃烧调整工作，保持合适的炉膛火焰中心，防止火焰偏斜。对超温严重的锅炉进行针对性较强的燃烧调整试验，调整好锅炉燃烧的配风及火焰中心高度，找出合理的运行方式，缓解超温问题。

b)运行中控制好机组起停、磨煤机升降负荷的调节速度，避免变化速度过快造成的超温；保持受热面内外的清洁；减少因空气预热器和炉膛本体漏风引起的超温。

c)控制好炉膛出口烟温和管内蒸汽温度不超温并及时投入减温装置。

（5）防止或减轻高温氧化腐蚀

a)严格按照锅炉监察和金属监督规程，严禁超温、超压运行，加强炉水管理，把pH值控制在要求的范围内。停炉检修期间，要采取妥善的防腐措施。根据蒸汽侧高温氧化腐蚀机理，采取措施，减轻或防止高温腐蚀的发生。

b)硫酸盐高温腐蚀的程度主要与温度的高低有关，温度越高，腐蚀越严重，控制管壁温度是减轻高温腐蚀的最有效办法。在实际应用中，有以下一些具体方法：把过热蒸汽、再热蒸汽温度控制在一定范围内；把过热蒸汽器、再热蒸汽器及固定件等易腐蚀部件布置在低温烟气区；合理布置过热蒸汽器、再热蒸汽器系统，使金属温度维持在腐蚀危险温度以下。

飞灰磨损的主要因素：飞灰速度、飞灰浓度、灰粒特性、管束结构特性、飞灰撞击率等，而且飞灰速度的影响特别大。以此划分出锅炉“四管”易磨区域，即水平烟道包墙与垂直管排区域；管排错列变形，管排间距不均，局部烟速加大区域的受热面管；布置在尾部烟道的省煤器，尤其是靠后墙第一排管子及弯头；烟气阻流板的设计不合理或安装不到位，阻流板斜下方的管排区域；折焰角上方的前包覆过热器区域；变形产生错位的管排等。“四管”泄漏的主要原因之二

磨损飞灰冲刷重点部位管排间距不合理，易形成烟气走廊区域：水平烟道处的侧包墙与管排间、竖井烟道后包墙与低温过热器管排间等。布置在尾部烟道的省煤器，尤其是靠后墙第一排管子因烟气中飞灰浓度高而更容易发生磨损。烟气阻流板的设计不合理或安装不到位，导致阻流板斜下方的管排易冲刷。

折焰角上方的前包覆过热器以及变形产生错位的管排。措施及时检查修复均流板，对可能存在烟气走廊区域考虑增设均流板。小修中将已变形、错列管段更换新管、合理利用管夹与疏形卡。对短时无法进行彻底处理的变形管加贴防磨护瓦，利机组大、中修期间作为技改项目进行彻底整治，重新设计变更夹支管的固定方式。吹灰器吹损在锅炉厂设计中，尾部烟道区域，对吹灰朝向的首排管一般均装有防磨护瓦，而700度以上的高温区域省去了防磨护瓦的设计。事实证明，即便是高温区域，由于煤种不同、飞灰硫铁成份的差异、熔点的不同，使飞灰并非处于软化状态，飞灰颗粒的大小、硬度也会与设计煤种有一定的偏差。故而吹灰器区域的防磨不能只局限于设计煤种来考虑，而要做最坏煤质的打算。重点部位：长式吹灰器上下方的每排第一根直管段。长式吹灰器旁，低过或低再蛇形管排与悬吊管交接部位。短式吹灰器四周水冷壁约1m区域，重点是吹灰器下方。交接处无防磨保护措施，且其间存在较大空间，致使蒸汽流速加快，形成涡流，加重吹损。措施：完善防磨护瓦与防磨喷镀，调整吹灰器的运行方式，降低吹吹器阀后压力、尽可能减少投用次数，加强检查，及时更换、修复受损管。机械磨损重点部位管排运输与安装时造成的变形与错列，受热面与中隔墙、前后包墙间距过小，在运行过程中，因膨胀和烟气扰动，部分弯头抵至中分隔墙过热器管产生的碰磨。定位管夹脱落后的相互碰磨。

梳形板、定位卡、定位板等附件与管排间的碰磨。措施在低过、低再、省煤器弯头与中、前、后隔墙之间加贴防磨瓦进行隔离。及时检查并恢复脱落的管夹、梳形板、定位卡。错用材质计算强度出错强行对口产生的内部应力膨胀受阻2010年3月28日#2炉发现分离器连接管出现渗水，在高再集箱左侧区域听到轻微蒸汽泄漏声，但无法判断具体泄漏位置。4月14日，#2机组解列进入计划D修。发现高再进口集箱管座48处角焊缝、6处对接焊缝存在裂纹。2010年4月21日#1机组出现同样问题。“四管”泄漏的主要原因之三设计与应力措施重新复核管材强度、焊接性能、膨胀及在运行中可能产生的交变应力。加强安装过程中的监督，注意固定端与膨胀端。检查受热面安装尺寸，留出膨胀余量。新昌#1、#2炉高再进口集箱将原来Φ50.8×3.5材质为SA-213T23的连接管，更换为Φ50.8×4.5材质为12Cr1MoV。发电公司、工程公司、监理公司对全过程进行监督把关，确保焊接与热处理质量符合要求。四管检查工具准备高能聚光手电筒、测厚仪、数码照相机、游标卡尺、钢丝刷、锉刀、卷尺、记号笔

四管检查方法检查方法采取分“分片承包、责任到人、交叉验收”的方式。各区域实现分片承包，责任落实到人，分片区域作为重点检查区域，这样既可保证责任区域的受热面检查可追朔，又能突破个人的固定思维，相互交流，杜绝了“死角”区域。检查过程中充分发挥金属监督对防磨检查的促进和保障作用，它的重要性体现在：能提供检验与析，为四管评估工作提供技术支持。

1、委托工程公司对项目建设进行全面、全过程管理。由工程公司组织监理、监造人员与各参建单位进行分项验收，做好过程控制。

2、与江西省电力科学院签订了关于对金属与压力容器监督检查的合同，要求对重要的厂家制造见证点进行监督、检查工作。

3、新昌公司成立金属监督小组，以新昌公司牵头，成员包括维护项目部金相与机务人员，每天深入现场对施工单位的焊接情况进行监督和检查，共同参与对承压受热面的监督管理。

把关新昌电厂建设阶段锅炉四管防磨工作重点

监督1、金属监督从设备材料的源头抓起，对制造和安装质量严格验收，对使用的合金钢部件从入库、领用到焊接前每一环节都进行光谱复核，杜绝材料错用，对承压部件施焊焊口100%拍片检查。2、对于现场组装的焊口进行焊接工艺、热处理工艺进行检查。3、对承压部件施焊焊口100%拍片检查，由工程公司、电科院对焊口的拍片情况进行抽查。4、对金属监督范围内的资料进行定期检查，要求施工单位保存好原始资料，以备投产后提供完整和真实的数据。安装工艺方面应关注的几个问题管排吊装安装时，检查有无碰、砸伤管排现象。管排安装平整度需重点检查，杜绝变形错位现象，同时注意检查屏过、屏再管与管之间的膨胀是否顺畅，扣件不得点焊死。过热器、再热器管安装要到位，不得有脱扣现象，扣件需完整，不得缺少。吹灰器附近管排防磨措施是否到位，尤其是吹灰器正上、下方直管段、旁边管排与悬吊管交接部位（投运后受现场位置影响，很难进行处理）。水冷管焊口有无咬边现象，短吹灰器的水平度、喷口的定位情况。部件名称下部水冷壁上部水冷壁过热器再热器省煤器钢架其它管道总计现场焊口数量-7900-6300-0-9500-3000-0-130039300投产前的重要检验节点水压试验检查受热面严密性。

7月15日23时37分，#1锅炉水压试验压力升至试验压力36.19MPa，至7月15日23时57分，经过20分钟稳压无压降，降至设计压力后，对受热面承压不降进行了全面检查，现场安装受监焊口41220道在试验过程中无一泄漏，承载部件无渗漏、变形等缺陷，#1锅炉水压试验一次成功。9月11日完成#2炉水压试验。

酸洗采用腐蚀性较弱的柠檬酸。吹管降压法，吹管系数高，吹管效果好、省水输入热负荷小，有利于保护过热器，再热器。

割管检查割开各受热面集箱手孔，用内窥镜检查内部，并清理杂质。对水冷壁进口的节流孔圈进行X光拍片，检查是否有杂质堵塞。

机组运行过程中应关注的几个问题制粉系统设备投停与负荷调整过程中防止超温。升、停炉时间的控制。来煤情况与配煤掺烧。项